波峰焊的原理、工艺及异常处理

波峰焊的原理、工艺及异常处理光阴似箭2内容第一节：概述第二节：焊接辅材第三节：波峰焊原理第四节：波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求第五节：波峰焊接可接受要求第六节：波峰焊接工艺中常见缺陷的形成因素及解决方法第七节：波峰焊接后的PCA清洁度可接受性要求第八节：波峰焊工艺参数控制要点第九节：PCB设计对波峰焊接质量的影响第十节：无铅波峰焊特点及对策3第一节：概述波峰焊接是我们生产装配过程中的一道非常关键的工序，波峰焊接质量的好坏直接影响着整机产品的质量。因此，波峰焊工序一直是生产过程中重点控制的关键工序之一。4第一节：概述纯手工插件波峰焊接单面贴装单面插件波峰焊接双面贴装单面插件波峰焊接点红胶贴装插件波峰焊接常见的波峰焊接方式5内容第一节：概述第二节：焊接辅材第三节：波峰焊原理第四节：波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求第五节：波峰焊接可接受要求第六节：波峰焊接工艺中常见缺陷的形成因素及解决方法第七节：波峰焊接后的PCA清洁度可接受性要求第八节：波峰焊工艺参数控制要点第九节：PCB设计对波峰焊接质量的影响第十节：无铅波峰焊特点及对策6第二节：焊接辅材1.焊料a）有铅锡条成份：由锡和铅组成的共晶化合物，Sn：63%、Pb：37%；熔点：183°C；公司目前使用的型号有：云南锡业Sn63/Pb37ALPHASn63/Pb37b）无铅锡条成份：由锡、银和铜组成的合金化合物，Sn：96.5%、Ag：3.0%；Cu：0.5%熔点：217°C；公司目前使用的型号有：ALPHASAC3057第二节：焊接辅材2.助焊剂的成份和分类主要成份：有机溶剂、松香树脂及其衍生物、合成树脂表面活性剂、有机酸活化剂、防腐蚀剂、助溶剂、成膜剂。简单地说是各种固体成份溶解在各种液体中形成均匀透明的混合溶液，其中各种成份所占比例各不相同，所起的作用也不同。a）有铅免清洗型助焊剂公司目前使用的型号是：ALPHALS500Ab）无铅免清洗型助焊剂公司目前使用的型号是：ALPHAEF80008第二节：焊接辅材3.助焊剂的作用①去除被焊金属表面的氧化物②促使热从热源向焊接区传递③降低融熔焊料表面张力,增强润湿性④防止焊接时焊料和焊接面的再氧化9第二节：焊接辅材4.助焊剂的特性要求①熔点比焊料低，扩展率＞85%；②黏度和比重比熔融焊料小，容易被置换，不产生毒气。焊剂的比重可以用溶剂来稀释,一般控制在0.82~0.84；③免清洗型助焊剂要求固体含量＜2.0wt%,不含卤化物，焊后残留物少，不产生腐蚀作用，绝缘性能好,绝缘电阻＞1×10¹¹Ω；④水清洗、半水清洗和溶剂清洗型助焊剂要求焊后易清洗；⑤常温下储存稳定。10内容第一节：概述第二节：焊接辅材第三节：波峰焊原理第四节：波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求第五节：波峰焊接可接受要求第六节：波峰焊接工艺中常见缺陷的形成因素及解决方法第七节：波峰焊接后的PCA清洁度可接受性要求第八节：波峰焊工艺参数控制要点第九节：PCB设计对波峰焊接质量的影响第十节：无铅波峰焊特点及对策11第三节：波峰焊原理WS-350/450PC-BNWS系列PCB宽度MAX.350/450mmPC：模块集成化控制B版本带氮气系统下面以双波峰焊机为例来说说波峰焊原理12第三节：波峰焊原理PCB传输方向喷涂助焊剂预热1区预热2区热补偿第1、2波峰冷却传感器工作流程图13第三节：波峰焊原理喷涂助焊剂已插完成元器件的电路板，将其嵌入治具，由机器入口处的接驳装置以一定的倾角和传送速度送入波峰焊机内，然后被连续运转的链爪夹持，途径传感器感应，喷头沿着治具的起始位置来回匀速喷雾，使电路板的裸露焊盘表面、焊盘过孔以及元器件引脚表面均匀地涂敷一层薄薄的助焊剂。14第三节：波峰焊原理PCB板预加热进入预热区域，PCB板焊接部位被加热到润湿温度，同时，由于元器件温度的升高，避免了浸入熔融焊料时受到大的热冲击。预热阶段，PCB表面的温度应在75~110℃之间为宜。预热的作用：①助焊剂中的溶剂被挥发掉，这样可以减少焊接时产生气体；②助焊剂中松香和活性剂开始分解和活性化，可以去除印制板焊盘、元器件端头和引脚表面的氧化膜以及其它污染物，同时起到保护金属表面防止发生高温再氧化的作用；③使PCB板和元器件充分预热，避免焊接时急剧升温产生热应力损坏PCB板和元器件。15第三节：波峰焊原理温度补偿进入温度补偿阶段，经补偿后的PCB板在进入波峰焊接中减小热冲击。第一波峰第一波峰是由狭窄的喷口喷出的“湍[Tuan]流”波峰，流速快，对治具有影阴的焊接部位有较好的渗透性。同时，湍流波向上的喷射力可以使焊剂气体顺利排出，大大减少了漏焊及垂直填充不足的缺陷。16第二波峰第二波峰是一个“平滑”波，焊锡流动速度慢，能有效去除端子上的过量焊锡，使所有的焊接面润湿良好，并能对第一波峰所造成的拉尖和桥接进行充分的修正。第三节：波峰焊原理湍流波平滑波波峰形状图17冷却阶段制冷系统使PCB板的温度急剧下降可明显改善无铅焊料共晶生产时产生的空泡及焊盘剥离问题。氮气保护在焊接整个过程中，在预热阶段和焊接区加有氮气保护可有效防止裸铜和共晶焊料氧化，大幅提高润湿性和流动性，确保焊点的可靠性。第三节：波峰焊原理18第三节：波峰焊原理焊点的形成过程当PCB进入波峰面前端A处至尾端B处时PCB焊盘与引脚全部浸在焊料中被焊料润湿，开始发生扩散反应，此时焊料是连成一片（桥连）的。当PCB离开波峰尾端的瞬间，由于焊盘和引脚表面与焊料之间金属间合金层的结合力（润湿力），使少量焊料沾附在焊盘和引脚上，此时焊料与焊盘之间的润湿力大于两焊盘之间焊料的内聚力，使各焊盘之间的焊料分开，并由于表面张力的作用使焊料以引脚为中心，收缩到最小状态，形成饱满、半月形焊点。相反，如果焊盘和引脚可焊性差或温度低，就会出现焊料与焊盘之间的润湿力小于两焊盘之间焊料的内聚力，造成桥接、漏焊或虚焊。PCB与焊料波分离点位于B1和B2之间某个位置，分离后形成焊点。19第三节：波峰焊原理波峰焊接温度曲线原理图焊接区预热区183℃115℃75℃冷却区说明:1.预热温度:70-115º时间:75–130S升温速率:3º/Sec2.锡炉峰值温度:=210º,焊接时间:3–6S3.冷却速率:3º/Sec4.链速:850–1300mm/min20第三节：波峰焊原理免清洗助焊剂在波峰焊接中的作用机理波峰焊接区预热区喷涂助焊剂区（低沸+高沸）溶剂+活性物质在较低的温度下，活性剂被树脂包裹着，对外表现的活性很弱。溶剂中加入低沸溶剂的目的主要是为改善助焊剂在喷涂过程中的流布性助焊剂膜形成区残余高沸溶剂随钎料流入锡炉后挥发。活性物质由载体（低沸+高沸）溶剂携带流布在PCB焊接面上，当载体中沸点溶剂挥发后，剩下由高沸溶剂继续包覆PCB表面形成活性物质的载体和PCB保护膜。随着预热温度的升高，活性物质逐渐趋近于活性温度。A区随着温度的不断升高，树脂破裂后，释放出活性化学物质净化被焊金属表面，达到润湿目的。B区当温度升到焊接温度后，活性剂分解，只要此区域所经历的时间足够，活性剂就能分解殆尽，最后剩下一部分残留的高沸溶剂覆盖在PCB表面。C区残余的高沸溶剂覆盖在脱离区钎料表面隔绝了空气，降低了脱离区钎料表面张力。D区活性剂分解剩下的高沸溶剂继续挥发。活性剂分解低沸点溶剂挥发高沸点溶剂+活性剂21内容第一节：概述第二节：焊接辅材第三节：波峰焊原理第四节：波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求第五节：波峰焊接可接受要求第六节：波峰焊接工艺中常见缺陷的形成因素及解决方法第七节：波峰焊接后的PCA清洁度可接受性要求第八节：波峰焊工艺参数控制要点第九节：PCB设计对波峰焊接质量的影响第十节：无铅波峰焊特点及对策22第四节：波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求应选择三层端头结构的表面贴装元器件元器件体和焊端能经受两次以上260℃波峰焊的温度冲击，焊接后元器件体不损坏或变形，片式元件端头无脱帽现象。无引线片式元件端头三层金属电极示意图23第四节：波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求如采用短插一次焊工艺，焊接面元件引脚露出印制板表面1.5-2.0mm；基板应能经受260℃/50s的耐热性，铜箔抗剥强度好，阻焊膜在高温下仍有足够的粘附力，焊接后阻焊膜不起皱；印制电路板翘曲度小于0.8-1.0%；对于贴装元器件采用波峰焊工艺的印制电路板必须按照贴装元器件的特点进行设计，元器件布局和排布方向应遵循较小的元件在前和尽量避免互相遮挡的原则。24内容第一节：概述第二节：焊接辅材第三节：波峰焊原理第四节：波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求第五节：波峰焊接可接受要求第六节：波峰焊接工艺中常见缺陷的形成因素及解决方法第七节：波峰焊接后的PCA清洁度可接受性要求第八节：波峰焊工艺参数控制要点第九节：PCB设计对波峰焊接质量的影响第十节：无铅波峰焊特点及对策25第五节：焊接可接受性要求良好的焊点（摘自IPC-A-610D）图5-1图5-226第五节：焊接可接受性要求可接受焊点图5-3（图50-2A，B）（图50-2C，D）27第五节：焊接可接受性要求可接受焊点锡银铜焊料锡铅焊料28内容第一节：概述第二节：焊接辅材第三节：波峰焊原理第四节：波峰焊工艺对元器件和印制板的基本要求第五节：波峰焊接可接受要求第六节：波峰焊接工艺中常见缺陷的形成因素及解决方法第七节：波峰焊接后的PCA清洁度可接受性要求第八节：波峰焊工艺参数控制要点第九节：PCB设计对波峰焊接质量的影响第十节：无铅波峰焊特点及对策29波峰焊接是产生PCB组件缺陷的主要原因，在整个组装过程中它引起的缺陷高达50%。当PCB有上千个焊点时，焊接必须要有很高的成功率才行。波峰焊接过程中基本上都是在PCB上来进行的，因此在PCB上焊接缺陷主要反映在虚焊、不润湿、反润湿、焊点轮廓敷形（以下简称敷形）不良、连焊（或桥连）、拉尖、空洞、针孔、“放炮”孔、扰动焊点或断裂焊点、暗色焊点或颗料状焊点等方面。第六节:波峰焊接工艺中常见缺陷的形成因素及解决方法6.1波峰焊接中存在的缺陷30第六节:波峰焊接工艺中常见缺陷的形成因素及解决方法6.2影响波峰焊接效果的一些主要因素：预热条件冷却方式冷却速度基板材料基板厚度元器件热容量图形大小图形间隔保管状态保管时间包装状态搬运状态技术水平责任心工作态度家庭状态人际关系社会状态心情灰尘室温照明噪音湿度振动存放波峰焊接效果引线和孔径引线和焊盘直径图形密度图形形状图形方向安装方式洁净度成形方法表面状态线径伸出长度引线种类镀层组织镀层厚度洁净度预涂焊剂表面状态镀层组织镀层厚度镀层密合度镀层表面状态钻孔状态涂覆法成份温度粘度涂覆量洁净度成份温度杂质焊料量预热条件冷却方式冷却速度基板材料基板厚度元器件热容量设计波峰焊接环境储存和搬运操作者元器件引线PCB温度条件助焊剂焊料传送速度喷流速度喷流波形夹送倾角浸入状态退出状态压锡深度钻孔状态波峰平稳度31第六节:波峰焊接工艺中常见缺陷的形成因素及解决方法6.3焊接缺陷现象和形成原因及其解决办法6.3.1虚焊焊点表面呈粗糙的粒状、光泽差、流动性不好是虚焊的外观表现。从本质上讲，凡是在钎接的连接界面上未形成适宜厚度的铜锡合金层，都称为虚焊。在显微组织上虚焊的界面主要是氧化层；而良好接头界面显微金相组织主要是铜锡合金薄层。国内有试验报告称：合金层的厚度为1.3~3.5um的比较合适。这种合金的显微组织结构，如图6-1所示。图6-132第六节:波峰焊接工艺中常见缺陷的形成因素及解决方法①钎接温度低热量供给不足a）钎料槽温度低。焊点接合部的金属不能加热到能生层金属化合物的最适宜的温度；b）传送速度过快。即使钎料槽已处于最佳温度状态，但由于传送速度过快，焊点接合部金属也不能获得足够的热量，接合部温度上升不到最佳润湿温度区间钎料浸润不完善，不能形成理想的合金层。c）PCB设计不合理。导致了热容量相差悬殊的许多零部件引线在同一时间、同一温度下进行钎接时，将使各元器件焊点上温度出现明显的差异。热容量大的，因吸取的热量不足而温度偏低，引起浸润条件恶化形成不了理